लेगो MINDSTORMS शिक्षा EV3 + MicroPython: हम एक वयस्क भाषा में बच्चों के निर्माता का कार्यक्रम करते हैं

नमस्कार, हेब्र! हमने पहले से ही लेगो मिनिस्टर एजुकेशन ईवी 3 प्लेटफॉर्म के बारे में बात की थी । इस मंच के मुख्य उद्देश्य व्यावहारिक उदाहरणों पर प्रशिक्षण, STEAM कौशल का विकास और इंजीनियरिंग सोच का गठन हैं। यह यांत्रिकी और गतिकी का अध्ययन करने के लिए प्रयोगशाला का काम कर सकता है। रिकॉर्डिंग और प्रसंस्करण डेटा के लिए लेगो ब्लॉकों और उपयोगिताओं से बने प्रयोगशाला स्टैंड प्रयोगों को और भी दिलचस्प और दृश्य बनाते हैं और बच्चों को भौतिकी को बेहतर ढंग से समझने में मदद करते हैं। उदाहरण के लिए, छात्र पिघलने के तापमान पर डेटा एकत्र कर सकते हैं और उन्हें व्यवस्थित करने और उन्हें एक ग्राफ में प्रस्तुत करने के लिए एप्लिकेशन का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन यह केवल शुरुआत है: आज हम आपको बताएंगे कि इस सेट को माइक्रोपायथन प्रोग्रामिंग वातावरण के साथ कैसे पूरक किया जाए और रोबोटिक्स सिखाने के लिए इसका उपयोग किया जाए।

EV3 के साथ प्रोग्रामिंग सीखें

आधुनिक छात्र एक रंगीन परिणाम देखना चाहते हैं। हां, वे ऊब रहे हैं यदि प्रोग्राम कंसोल में संख्या प्रदर्शित करता है और वे रंग चार्ट, आरेखों को देखना चाहते हैं और वास्तविक रोबोट बनाते हैं जो आदेशों को स्थानांतरित करते हैं और निष्पादित करते हैं। नियमित कोड भी बच्चों के लिए बहुत जटिल लगता है, इसलिए कुछ आसान सीखना शुरू करना बेहतर है।

आधार प्रोग्रामिंग वातावरण EV3 ग्राफिक भाषा LabVIEW पर आधारित है और आपको नेत्रहीन रोबोट के लिए एल्गोरिदम सेट करने की अनुमति देता है: आदेशों को ब्लॉक के रूप में प्रस्तुत किया जाता है जिन्हें खींचा और जोड़ा जा सकता है।



यह विधि तब अच्छी तरह से काम करती है जब आपको यह दिखाने की आवश्यकता होती है कि एल्गोरिदम कैसे बनाया गया है, लेकिन यह बड़ी संख्या में ब्लॉक वाले कार्यक्रमों के लिए उपयुक्त नहीं है। परिदृश्यों को जटिल करते समय, कोड का उपयोग करके प्रोग्रामिंग पर स्विच करना आवश्यक है, लेकिन बच्चों के लिए यह कदम उठाना मुश्किल है।

यहां कुछ ट्रिक्स हैं, जिनमें से एक यह दिखाना है कि कोड ब्लॉक के समान ही कार्य करता है। EV3 के वातावरण में, यह MicroPython के साथ एकीकरण के माध्यम से किया जा सकता है: बच्चे Microsoft Visual Studio कोड में ब्लॉक और पायथन का उपयोग करके आधार प्रोग्रामिंग वातावरण में एक ही कार्यक्रम बनाते हैं। वे देखते हैं कि दोनों विधियां समान हैं, लेकिन कोड के साथ जटिल समस्याओं को हल करने के लिए यह अधिक सुविधाजनक है।

MicroPython में जा रहे हैं

EV3 पर्यावरण ARM9 प्रोसेसर पर आधारित है, और डेवलपर्स ने जानबूझकर वास्तुकला को खुला छोड़ दिया है। इस समाधान ने हमें वैकल्पिक फर्मवेयर को रोल करने की अनुमति दी, जिसमें से एक माइक्रोपायथॉन के साथ काम करने के लिए छवि थी। यह आपको EV3 को प्रोग्राम करने के लिए पायथन का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे टाइपिंग वास्तविक जीवन के कार्यों के करीब हो जाती है।

आरंभ करने के लिए, आपको किसी भी माइक्रोएसडी कार्ड में ईवी 3 माइक्रोपिथॉन छवि डाउनलोड करने की आवश्यकता है, इसे ईवी 3 माइक्रो कंप्यूटर में स्थापित करें और इसे चालू करें। फिर आपको विजुअल स्टूडियो के लिए मुफ्त एक्सटेंशन स्थापित करने की आवश्यकता है। और आपको काम करने को मिल सकता है।

हम MycroPython पर पहला रोबोट प्रोग्राम करते हैं

हमारी साइट में रोबोटिक्स की मूल अवधारणाओं में महारत हासिल करने के लिए कई पाठ हैं। ईवी 3 पर मॉडल बच्चों को उन मूल बातों से परिचित कराते हैं जो स्व-ड्राइविंग कारों, कारखाने विधानसभा रोबोट और सीएनसी मशीनों में उपयोग की जाती हैं।

हम एक उदाहरण के रूप में एक ड्राइंग मशीन लेते हैं जो पैटर्न और ज्यामितीय आकृतियों को आकर्षित करने के लिए सिखाया जा सकता है। यह मामला वयस्क वेल्डिंग रोबोट या मिलिंग मशीन का एक सरलीकृत संस्करण है और दिखाता है कि आप छात्रों को पढ़ाने के लिए MicroPython के साथ मिलकर EV3 का उपयोग कैसे कर सकते हैं। और एक ड्राइंग मशीन पिताजी के लिए एक मुद्रित सर्किट बोर्ड में छेद को चिह्नित कर सकती है, लेकिन यह एक और स्तर है जिसे गणितीय गणनाओं की आवश्यकता होती है।

काम के लिए, हमें चाहिए:

• लेगो मिनिस्टर एजुकेशन ईवी 3 बेसिक सेट
  
• चेकर कागज की एक बड़ी शीट;
  
• रंगीन मार्कर।
  

रोबोट की असेंबली स्वयं निर्देशों में है , और हम प्रोग्रामिंग के एक उदाहरण पर विचार करेंगे।

सबसे पहले, EV3 मॉड्यूल लाइब्रेरी को इनिशियलाइज़ करें:

#!/usr/bin/env pybricks-micropython from pybricks import ev3brick as brick from pybricks.ev3devices import (Motor, TouchSensor, ColorSensor, GyroSensor) from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, Color, ImageFile from pybricks.tools import wait 

हमने एक प्लेटफ़ॉर्म स्थापित किया है जो पोर्ट बी में एक मोटर की तरह हैंडल को घुमाता है। हमने क्रमशः दो-चरण गियर ट्रांसमिशन के गियर अनुपात को दांतों की संख्या 20-12-28 के साथ सेट किया है।

 turntable_motor = Motor(Port.B, Direction.CLOCKWISE, [20, 12, 28]) 

हम पोर्ट C में एक मोटर के रूप में हैंडल के लिए उठाने की प्रणाली को कॉन्फ़िगर करते हैं:

 seesaw_motor = Motor(Port.C) 

हम पोर्ट 2 में, हैंडल के कोण को मापने वाले एक जाइरोस्कोप की स्थापना करते हैं:

 gyro_sensor = GyroSensor(Port.S2) 

पोर्ट में रंग सेंसर कॉन्फ़िगर करें। ड्राइंग मशीन के तहत सफेद कागज का पता लगाने के लिए सेंसर का उपयोग किया जाता है:

 color_sensor = ColorSensor(Port.S3) 

पोर्ट में टच सेंसर को कॉन्फ़िगर करें। सेंसर दबाए जाने पर रोबोट आकर्षित करना शुरू कर देता है:

 touch_sensor = TouchSensor(Port.S4) 

उन कार्यों को परिभाषित करें जो संभाल को बढ़ाते हैं और कम करते हैं:

 def pen_holder_raise():  seesaw_motor.run_target(50, 25, Stop.HOLD)  wait(1000) def pen_holder_lower():  seesaw_motor.run_target(50, 0, Stop.HOLD)  wait(1000) 

हम दिए गए कोण या एक निश्चित कोण से हैंडल को मोड़ने के लिए फ़ंक्शन का निर्धारण करते हैं:

 def pen_holder_turn_to(target_angle):  if target_angle > gyro_sensor.angle(): 

यदि लक्ष्य कोण gyro सेंसर के वर्तमान कोण से बड़ा है, तो सकारात्मक गति के साथ दक्षिणावर्त चलना जारी रखें:

     turntable_motor.run(70) while gyro_sensor.angle() < target_angle: pass  elif target_angle < gyro_sensor.angle(): 

यदि लक्ष्य कोण वर्तमान gyro सेंसर से कम है, तो वामावर्त घुमाएं:

     turntable_motor.run(-70) while gyro_sensor.angle() > target_angle: pass 

जब लक्ष्य कोण पहुँच जाता है तो हम घूमने वाले प्लेटफ़ॉर्म को रोक देते हैं:

   turntable_motor.stop(Stop.BRAKE) 

ऊपरी स्थिति में हैंडल की प्रारंभिक स्थिति निर्धारित करें:

 pen_holder_raise() 

अब कार्यक्रम का मुख्य भाग आता है - एक अंतहीन लूप। सबसे पहले, EV3 सफेद कागज या नीले रंग की शुरुआती सेल का पता लगाने के लिए रंगीन सेंसर की प्रतीक्षा करता है, और टच सेंसर को दबाया जाएगा। फिर वह एक पैटर्न खींचता है, अपनी मूल स्थिति में लौटता है और फिर से सब कुछ दोहराता है।

जब डिवाइस तैयार नहीं होता है, तो नियंत्रक पर एलईडी लाल हो जाती है और एलसीडी स्क्रीन पर उंगली से नीचे की छवि प्रदर्शित होती है:

 while True:  brick.light(Color.RED)  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_DOWN) 

हम तब तक प्रतीक्षा करते हैं जब तक कि रंग संवेदक नीला या सफेद नहीं हो जाता है, एल ई डी के रंग को हरे रंग में सेट करें, एलसीडी स्क्रीन पर अंगूठे की छवि प्रदर्शित करें और सूचित करें कि डिवाइस उपयोग के लिए तैयार है:

   while color_sensor.color() not in (Color.BLUE, Color.WHITE): wait(10)  brick.light(Color.GREEN)  brick.display.image(ImageFile.THUMBS_UP) 

हम स्पर्श सेंसर को दबाए जाने की प्रतीक्षा करते हैं, gyro सेंसर को कोण 0 का मान असाइन करें और ड्राइंग शुरू करें:

   while not touch_sensor.pressed(): wait(10)  gyro_sensor.reset_angle(0)  pen_holder_turn_to(15)  pen_holder_lower()  pen_holder_turn_to(30)  pen_holder_raise()  pen_holder_turn_to(45)  pen_holder_lower()  pen_holder_turn_to(60) 

पेन होल्डर उठाएँ और उसे उसकी मूल स्थिति में लौटाएँ:

   pen_holder_raise()  pen_holder_turn_to(0)</i> 

यहां हमारे पास इस तरह का एक सरल कार्यक्रम है। और अब हम इसे लॉन्च करते हैं और कार्रवाई में रोबोट ड्राफ्ट्समैन को देखते हैं।

ऐसे उदाहरण क्या देते हैं?

EV3 STEM पेशों के लिए एक कैरियर मार्गदर्शन उपकरण है और इंजीनियरिंग विशिष्टताओं में प्रवेश बिंदु है। चूंकि उस पर व्यावहारिक समस्याओं को हल करना संभव है, इसलिए बच्चे तकनीकी विकास और औद्योगिक रोबोट के निर्माण में अनुभव प्राप्त करते हैं, वास्तविक परिस्थितियों का अनुकरण करना सीखते हैं, कार्यक्रमों को समझते हैं और एल्गोरिदम का विश्लेषण करते हैं, बुनियादी प्रोग्रामिंग निर्माणों में महारत हासिल करते हैं।

MicroPython समर्थन EV3 प्लेटफ़ॉर्म को हाई स्कूल के लिए उपयुक्त बनाता है। पुपिल्स खुद को सबसे लोकप्रिय आधुनिक भाषाओं में से एक में प्रोग्रामर के रूप में आज़मा सकते हैं, प्रोग्रामिंग और इंजीनियरिंग डिज़ाइन से संबंधित व्यवसायों से परिचित हो सकते हैं। EV3 किट दिखाते हैं कि कोड लिखना डरावना नहीं है, वे गंभीर इंजीनियरिंग समस्याओं के लिए तैयार करते हैं और तकनीकी विशिष्टताओं में महारत हासिल करने की दिशा में पहला कदम उठाने में मदद करते हैं। और जो स्कूल में काम करते हैं और शिक्षा से जुड़े हैं, उनके लिए हमने प्रशिक्षण कार्यक्रम और प्रशिक्षण सामग्री तैयार की है। वे विस्तार से वर्णन करते हैं कि कुछ कार्यों को करते समय कौशल क्या बनते हैं, और अधिग्रहित कौशल प्रशिक्षण मानकों से कैसे संबंधित हैं।